王 捷

（沈陽(yáng)理工大學(xué)圖書(shū)館，遼寧 沈陽(yáng) 110159）

1 引言

圖書(shū)館信息服務(wù)系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)下逐漸壯大起來(lái)，為學(xué)校學(xué)科建設(shè)和科學(xué)研究提供了強(qiáng)有力的信息服務(wù)保障。但是，服務(wù)器利用率偏低、閑置的系統(tǒng)資源無(wú)法共享、維護(hù)成本高，很難實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理的問(wèn)題日益突出。服務(wù)器虛擬化作為“合并一些傳統(tǒng)應(yīng)用，簡(jiǎn)化IT基礎(chǔ)架構(gòu)[1]”較理想的技術(shù)出現(xiàn)在人們面前。圖書(shū)館如何通過(guò)虛擬化技術(shù)達(dá)到減少服務(wù)器數(shù)量、降低成本、簡(jiǎn)化管理的目的？筆者試圖從介紹服務(wù)器虛擬化入手，以部分圖書(shū)館應(yīng)用虛擬化技術(shù)為例，分析服務(wù)器虛擬化技術(shù)的特點(diǎn)及在應(yīng)用中的不足，提出圖書(shū)館界在部署服務(wù)器虛擬化的實(shí)施策略，供同行借鑒與商榷。

2 服務(wù)器虛擬化技術(shù)簡(jiǎn)介

虛擬化（Virtualization）技術(shù)最早出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代的IBM大型機(jī)系統(tǒng)，在70年代的System 370系列中逐漸流行起來(lái)。隨著近年多核系統(tǒng)、集群、網(wǎng)格甚至云計(jì)算的廣泛部署，虛擬化技術(shù)在商業(yè)應(yīng)用上的優(yōu)勢(shì)日益體現(xiàn)，不僅降低了IT成本，而且還增強(qiáng)了系統(tǒng)安全性和可靠性[2]，虛擬化的概念也逐漸被各行各業(yè)所了解和接受。

2.1 什么是服務(wù)器虛擬化

服務(wù)器虛擬化（ServerVirtualization）是指能夠通過(guò)區(qū)分資源的優(yōu)先次序并隨時(shí)隨地將服務(wù)器資源分配給最需要它們的工作負(fù)載，來(lái)簡(jiǎn)化管理和提高效率，從而減少為單個(gè)工作負(fù)載峰值而儲(chǔ)備資源的方法[3]。具體地說(shuō)，服務(wù)器虛擬化就是多個(gè)操作系統(tǒng)在同一時(shí)間一起運(yùn)行在同一臺(tái)主機(jī)上（見(jiàn)圖1）。虛擬化技術(shù)可以通過(guò)兩個(gè)方向來(lái)幫助服務(wù)器合理地分配資源：一個(gè)方向就是把一個(gè)物理服務(wù)器虛擬成若干個(gè)獨(dú)立的邏輯服務(wù)器；另一個(gè)方向就是把若干個(gè)分散的物理服務(wù)器虛擬為一個(gè)大的邏輯服務(wù)器。用戶面對(duì)的只是多臺(tái)虛擬機(jī)（VirtualMachine，VM），最底層的硬件資源，比如處理器、內(nèi)存、存儲(chǔ)器等都是可以共享的，應(yīng)用的切換和遷移也變得非常簡(jiǎn)單。

圖1 服務(wù)器虛擬化模型

2.2 服務(wù)器虛擬化技術(shù)分類

①全虛擬化：全虛擬化是指虛擬機(jī)模擬了完整的底層硬件，包括處理器、物理內(nèi)存、時(shí)鐘、外設(shè)等，通過(guò)一個(gè)叫做“Hypervisor”的軟件，在虛擬服務(wù)器和底層硬件之間建立一個(gè)抽象層進(jìn)行控制。使得為原始硬件設(shè)計(jì)的操作系統(tǒng)或其他系統(tǒng)軟件完全不做任何修改就可以在虛擬機(jī)中運(yùn)行。

②半虛擬化：半虛擬化是改動(dòng)客戶操作系統(tǒng)，讓它以為自己運(yùn)行在虛擬環(huán)境下。經(jīng)過(guò)半虛擬化處理的服務(wù)器可與Hypervisor協(xié)同工作，其響應(yīng)能力幾乎不亞于未虛擬化處理的服務(wù)器。

③操作系統(tǒng)虛擬化：操作系統(tǒng)虛擬化就是在操作系統(tǒng)層面增添虛擬服務(wù)器功能，不包含額外的（虛擬化）處理層，所以它提供了一個(gè)更瘦的架構(gòu)體系。這項(xiàng)技術(shù)的主要限制在于它不支持在一臺(tái)物理服務(wù)器實(shí)現(xiàn)多種操作系統(tǒng)[4]。

④硬件輔助虛擬化：硬件輔助虛擬化就是從硬件，包括處理器、芯片組及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等層面增加純軟件虛擬化解決方案的可靠性、安全性和靈活性的一種方式。

3 服務(wù)器虛擬化技術(shù)應(yīng)用效果分析

服務(wù)器虛擬化作為新技術(shù)一經(jīng)推出就吸引眾多圖書(shū)館的重視，而實(shí)施虛擬化技術(shù)的圖書(shū)館，它們所獲取的任何經(jīng)驗(yàn)對(duì)其他圖書(shū)館今后部署該技術(shù)都具有重要的示范作用。

3.1 服務(wù)器虛擬化技術(shù)應(yīng)用效果案例

據(jù)資料介紹，國(guó)內(nèi)有數(shù)家大學(xué)圖書(shū)館，如：清華大學(xué)圖書(shū)館、福州大學(xué)圖書(shū)館及解放軍醫(yī)學(xué)圖書(shū)館分別進(jìn)行了虛擬化嘗試。它們對(duì)本館原有的一些數(shù)字化資源進(jìn)行整合，制定了虛擬化架構(gòu)平臺(tái)方案，選擇不同的虛擬化軟件，如：XenServer和VMware，利用新購(gòu)進(jìn)的數(shù)臺(tái)物理服務(wù)器，連接后端存儲(chǔ)系統(tǒng)虛擬成多臺(tái)應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器集群，取得了較好應(yīng)用效果[5-6]。

①虛擬服務(wù)器的利用率大幅度提高，從原來(lái)直接配置應(yīng)用系統(tǒng)的平均值6%～7%提高到了60%左右；而高峰使用率從40%左右提高到了85%左右。

②虛擬化縮短新應(yīng)用的部署時(shí)間。虛擬機(jī)的系統(tǒng)安裝、應(yīng)用程序安裝，通過(guò)虛擬軟件提供的工具進(jìn)行直接克隆或間接從宿主機(jī)遷移方式來(lái)進(jìn)行，省去了大量的安裝配置時(shí)間。

③減少了物理服務(wù)器數(shù)量，簡(jiǎn)化管理的復(fù)雜度，降低IT架構(gòu)成本。

④系統(tǒng)故障率明顯降低，用戶的訪問(wèn)穩(wěn)定性得到了保證，服務(wù)質(zhì)量得到提高。

3.2 服務(wù)器虛擬化應(yīng)用過(guò)程中的問(wèn)題分析

3所大學(xué)圖書(shū)館在購(gòu)置高性能服務(wù)器的基礎(chǔ)上對(duì)服務(wù)應(yīng)用整合，是圖書(shū)館數(shù)字化應(yīng)用部署過(guò)程中，有效利用有限的設(shè)備經(jīng)費(fèi)，滿足數(shù)字化圖書(shū)館應(yīng)用服務(wù)種類不斷增加，數(shù)據(jù)庫(kù)資源數(shù)據(jù)量不斷增長(zhǎng)的有效手段，其成功經(jīng)驗(yàn)值得圖書(shū)館界借鑒。但這并不代表服務(wù)器虛擬化技術(shù)是十全十美的，應(yīng)用過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)一些不足之處。分析存在的問(wèn)題，尋求應(yīng)對(duì)措施，可以為其他圖書(shū)館采用虛擬化技術(shù)從而制定更加穩(wěn)妥的實(shí)施方案提供幫助。

3.2.1 虛擬化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一

各虛擬化產(chǎn)品廠商由于使用不同技術(shù)，服務(wù)器虛擬化解決方案的處理?yè)p耗從1%到60%浮動(dòng)，虛擬化應(yīng)用程序的運(yùn)行效率差異很大，虛擬化層面還比較低，達(dá)不到理想境界。每個(gè)廠商都有自己的文件系統(tǒng)格式和API（應(yīng)用程序編程接口），現(xiàn)階段業(yè)內(nèi)還沒(méi)有統(tǒng)一的虛擬化標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)和開(kāi)放協(xié)議。在實(shí)際應(yīng)用中，從一個(gè)物理服務(wù)器中把一個(gè)虛擬化產(chǎn)品遷移到另一個(gè)物理服務(wù)器（不同品牌、不同型號(hào)及不同芯片組）上會(huì)有些麻煩；虛擬機(jī)無(wú)法與現(xiàn)有的磁帶庫(kù)進(jìn)行物理連接，系統(tǒng)的備份服務(wù)器不能利用虛擬機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)備份[6]。此外，宿主機(jī)占用了服務(wù)器的資源，也造成整體性能的降低[5]。

3.2.2 服務(wù)器虛擬化支持的應(yīng)用程序不足

虛擬化并不是一個(gè)百分之百兼容的解決方案，它并不能和所有的應(yīng)用程序或者所有硬件協(xié)調(diào)工作，大多數(shù)虛擬機(jī)都是模擬一個(gè)基本的PC環(huán)境，而不是讓應(yīng)用程序直接訪問(wèn)主機(jī)的硬件資源。如：大數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)或者微軟的Exchange Server應(yīng)用需要占用大量的I/O和內(nèi)存資源，一般不適合同其他應(yīng)用程序共享服務(wù)器的硬件，它不支持虛擬服務(wù)器；利用USB加密的數(shù)據(jù)庫(kù)也無(wú)法利用虛擬機(jī)來(lái)部署[6]。如CA數(shù)據(jù)庫(kù)、清華同方中文全文數(shù)據(jù)庫(kù)等，通過(guò)加密狗程序?qū)嵤┌鏅?quán)保護(hù)，此類數(shù)據(jù)庫(kù)無(wú)法部署到虛擬化服務(wù)器上。

3.2.3 服務(wù)器虛擬化技術(shù)存在安全隱患

服務(wù)器虛擬化是把多個(gè)應(yīng)用放到一臺(tái)服務(wù)器上，一旦出現(xiàn)重大硬件故障可能會(huì)影響到所有的應(yīng)用。雖然目前遷移和管理工具在服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)，能夠?qū)⑻摂M服務(wù)器轉(zhuǎn)移到另外一臺(tái)新的物理服務(wù)器上，但是在技術(shù)上還不十分成熟，這種安全威脅很難消除。另外，運(yùn)行中的虛擬機(jī)所有的配置文件都保存在后臺(tái)的存儲(chǔ)系統(tǒng)中，虛擬機(jī)在不同服務(wù)器之間遷移，也需要通過(guò)存儲(chǔ)的重分配在另一臺(tái)服務(wù)器上啟動(dòng)虛擬系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)[5]。服務(wù)器虛擬化帶來(lái)的安全威脅還包括來(lái)自虛擬化增加的軟件內(nèi)存足跡，同一臺(tái)物理服務(wù)器上，多個(gè)虛擬機(jī)之間的對(duì)話會(huì)產(chǎn)生安全隱患[7]等等。

4 圖書(shū)館實(shí)施服務(wù)器虛擬化的策略

實(shí)施服務(wù)器虛擬化可以提高資源利用率，達(dá)到控制服務(wù)器總體成本及簡(jiǎn)化管理的目的，所以，越來(lái)越多的圖書(shū)館傾向采用虛擬化技術(shù)來(lái)優(yōu)化本館信息服務(wù)系統(tǒng)，制定縝密的虛擬化實(shí)施策略來(lái)指導(dǎo)服務(wù)器虛擬化平臺(tái)的構(gòu)建工作已經(jīng)提到圖書(shū)館信息化建設(shè)議事日程上來(lái)了。

4.1 虛擬化規(guī)劃制定

①現(xiàn)狀分析：圖書(shū)館在部署虛擬化之前，必須要對(duì)本館系統(tǒng)狀況進(jìn)行詳細(xì)分析。原有服務(wù)器的用途主要包括哪幾類？每年的維護(hù)費(fèi)用、電能損耗及人員安排等等。

②確定目標(biāo)：圖書(shū)館針對(duì)現(xiàn)有服務(wù)應(yīng)用中不需要消耗太多的系統(tǒng)資源，且平均CPU資源利用率低于10%的服務(wù)器，確定通過(guò)部署服務(wù)器虛擬化技術(shù)來(lái)達(dá)到縮減服務(wù)器數(shù)量，進(jìn)而達(dá)到縮減相應(yīng)購(gòu)置成本、維護(hù)成本、運(yùn)行成本和人員成本的目標(biāo)。

③安全與災(zāi)難恢復(fù)：圖書(shū)館應(yīng)當(dāng)針對(duì)“用戶基于角色訪問(wèn)控制、虛擬服務(wù)器身份管理、虛擬網(wǎng)絡(luò)安全、報(bào)告/審計(jì)”[8]等方面制訂詳細(xì)的安全策略和災(zāi)難恢復(fù)計(jì)劃，對(duì)于關(guān)鍵應(yīng)用可以考慮負(fù)載均衡或高可用的災(zāi)難備份方案。

④預(yù)算估計(jì)：確定目標(biāo)之后，需要進(jìn)一步考慮實(shí)施虛擬化所需的資金。首先需要考慮購(gòu)買虛擬化軟件的費(fèi)用，其次為了實(shí)施虛擬化需要增加硬件的投資。除此之外，還需要考慮額外的工作人員、技術(shù)培訓(xùn)等。

4.2 虛擬化平臺(tái)選型

①考慮因素：選取服務(wù)器虛擬化方案時(shí)要充分考慮虛擬化“性能、工具集、遷移功能[9]、數(shù)據(jù)備份和災(zāi)難恢復(fù)及成本[10]”等因素。

②軟件選擇：目前市場(chǎng)上服務(wù)器平臺(tái)虛擬化廠商有很多，例如VMWare、XenServer、微軟、RedHat等廠商。圖書(shū)館應(yīng)選擇與服務(wù)器硬件具有良好兼容性，在虛擬機(jī)上的I/O性能好，并有良好管理組件，符合本館虛擬化規(guī)劃的解決方案。

表1 主流虛擬化軟件技術(shù)對(duì)比

4.3 虛擬化部署及實(shí)施

①部署原則：首先，對(duì)于要遷移到虛擬化平臺(tái)上的應(yīng)用，應(yīng)該考慮詢問(wèn)應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)商，了解他們是否支持虛擬化架構(gòu)。其次，不直接進(jìn)行物理服務(wù)器到虛擬服務(wù)器的遷移，而是在虛擬平臺(tái)上構(gòu)建新的服務(wù)器，重新部署該應(yīng)用，原來(lái)的系統(tǒng)暫時(shí)保留。如果新部署平臺(tái)發(fā)現(xiàn)任何問(wèn)題，可以隨時(shí)切換回原來(lái)的平臺(tái)，待問(wèn)題解決之后再進(jìn)行虛擬化遷移工作。

②實(shí)施方法：實(shí)施遷移可采取兩種方法，其一是集中實(shí)施，遷移現(xiàn)有服務(wù)器；其二是逐漸實(shí)現(xiàn)遷移。前一種方法的周期短、見(jiàn)效快，短期內(nèi)需要投入較多人力和財(cái)力資源。后一種方法周期長(zhǎng)、見(jiàn)效慢，但是短時(shí)期內(nèi)的財(cái)力投入較少，比較符合有些應(yīng)用不能很快整合到虛擬化平臺(tái)上的現(xiàn)狀。具體采取哪種部署方法可由各圖書(shū)館結(jié)合本館虛擬化規(guī)劃自行選擇。

5 實(shí)施服務(wù)器虛擬化若干建議

5.1 重視存儲(chǔ)選型與網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，確保虛擬化平臺(tái)運(yùn)行穩(wěn)定

構(gòu)建虛擬化平臺(tái)，存儲(chǔ)設(shè)備的選型非常重要。虛擬機(jī)所有的配置文件都保存在存儲(chǔ)系統(tǒng)中，所以服務(wù)器虛擬化系統(tǒng)安全有效運(yùn)行必須是建立在系統(tǒng)之間高可用關(guān)系基礎(chǔ)上的。對(duì)于比較重要的應(yīng)用，可以選擇使用SAN光纖存儲(chǔ)設(shè)備，以保證虛擬服務(wù)器的存儲(chǔ)性能。對(duì)于一些次重要的應(yīng)用系統(tǒng)，則可選擇IP-SAN存儲(chǔ)設(shè)備，通過(guò)專用IP網(wǎng)絡(luò)來(lái)訪問(wèn)存儲(chǔ)設(shè)備，服務(wù)器與存儲(chǔ)系統(tǒng)之間最好能以Gbps以上等級(jí)的線路連接。需要特別強(qiáng)調(diào)的是，“不要將域控制器存放在一臺(tái)物理主機(jī)上”[12]，而是要將所有域控制器全部虛擬化，否則，如果這臺(tái)主機(jī)宕機(jī)，整個(gè)域中的服務(wù)器和桌面端都將受到嚴(yán)重影響。

5.2 加強(qiáng)IT人員的技術(shù)培訓(xùn)，提高專業(yè)技術(shù)素質(zhì)

運(yùn)用虛擬化技術(shù)減少物理服務(wù)器數(shù)量的同時(shí)把更多的服務(wù)應(yīng)用集中到了數(shù)量更少、更復(fù)雜的共享虛擬化環(huán)境下，硬件故障、人為錯(cuò)誤、安全漏洞、規(guī)劃問(wèn)題及其他因素帶來(lái)的影響在虛擬化環(huán)境下會(huì)得到極大的放大。所以，應(yīng)用虛擬化技術(shù)，對(duì)圖書(shū)館IT人員提出了更高的要求，加強(qiáng)專業(yè)人員技術(shù)培訓(xùn)，提高技術(shù)素養(yǎng)是一項(xiàng)刻不容緩的工作。

5.3 做好舊服務(wù)器再利用工作，杜絕資源浪費(fèi)

虛擬化通常會(huì)造成大量的舊服務(wù)器剩余，圖書(shū)館應(yīng)該事先制定好剩余舊服務(wù)器的再利用計(jì)劃，盡量做到物盡其用。圖書(shū)館可以將某些配置高一點(diǎn)的服務(wù)器用作宿主服務(wù)器，其他配置低的服務(wù)器可做備份服務(wù)器或調(diào)撥其他部門另做他用，避免資產(chǎn)浪費(fèi)。

6 結(jié)語(yǔ)

服務(wù)器虛擬化對(duì)于大多數(shù)高校圖書(shū)館來(lái)說(shuō)是一門新技術(shù)，也是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，它所帶來(lái)的諸多好處和利益必將引起圖書(shū)館界的高度重視。我們有理由相信，虛擬化存在的不足將隨著時(shí)間的推移和各方的努力而得到不同程度的解決。過(guò)去圖書(shū)館重視IT基礎(chǔ)架構(gòu)建設(shè)，現(xiàn)在和未來(lái)必將重視建設(shè)領(lǐng)先的虛擬化IT環(huán)境，隨著IT技術(shù)的發(fā)展，虛擬化產(chǎn)品功能會(huì)更趨完善，圖書(shū)館虛擬化IT環(huán)境建設(shè)必將迎來(lái)燦爛的明天。

[1]泮春燕，李梅.服務(wù)器虛擬化，走入應(yīng)用主戰(zhàn)場(chǎng)[N].計(jì)算機(jī)世界，2006-04-24（4）.

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